Laserpletter-billeddannelse vurderer donorhjerter – Physics World

Laserpletter-billeddannelse vurderer donorhjerter – Physics World

Tidsstempel: 6. juni 2023 kl. 4

laser speckle imaging fanger detaljerede billeder af blodkar i et bankende hjerte uden for kroppen
Et kraftfuldt værktøj til screening af donorhjerter: laserspektrebilleddannelse fanger detaljerede billeder af blodkar i et bankende hjerte uden for kroppen. (Med høflighed: Plyer et al doi 10.1117/1.JBO.28.4.046007)

En billedbehandlingsteknik, der oprindeligt blev udviklet til at detektere, hvordan lys spreder røde blodlegemer, er blevet forbedret af forskere i Frankrig, så den nu sikkert kan afbilde koronar blodcirkulation i donorhjerter under ex situ hjerteperfusion (ESHP), en procedure, der bruges til hjertekonservering og screening. Den nye teknik, kendt som laser speckle orthogonal contrast imaging (LSOCI), muliggør ikke-invasiv højopløsningsbilleddannelse af alle de perifere blodkar i hjertet i realtid og kan give værdifuld information til læger om kvaliteten af ​​et organ, der skal transplanteres .

"Sådan dynamisk speckle-teknologi har eksisteret i lang tid," forklarer teamleder Elise Colin fra Paris Saclay Universitet og opstarten ITAE medicinsk forskning, "men det anvendes normalt på stationære genstande. Vi anede ikke, om vi overhovedet ville være i stand til at få billeder af blodaktivitet, når vi påførte det på en genstand med betydelig bevægelse, som et bankende hjerte."

Graftsvigt efter hjertetransplantationskirurgi kan opstå på grund af abnormiteter i donororganet, såsom koronararteriesygdom. Risikoen for disse abnormiteter stiger med alderen eller hos patienter med allerede eksisterende hjertesygdomme. Omhyggelig screening for sådanne tilstande er derfor afgørende for at afgøre, om et organ er egnet til transplantation.

I de senere år har ESHP muliggjort vurdering af hjertet uden for kroppen. Her overvåger læger ydeevnen af ​​et donorhjerte, efter at det er blevet tilført iltede næringsstoffer via dets blodkar. Problemet er, at udførelse af koronar angiografi under ESHP (for at screene for koronararteriesygdom) kan beskadige hjertet. Alternative billeddannelsesteknikker til at identificere abnorm blodgennemstrømning i donororganer er derfor nødvendige.

Analyse af plettede billeder

LSOCI-teknikken, der bruges i denne undersøgelse, analyserer pletterbilleder, som er et resultat af de mange konstruktive og destruktive interferenser, der opstår, når overfladen eller volumenet af et objekt belyses med sammenhængende lys, såsom det fra en laser. På disse billeder ser forskere på speckle-kontrastparameteren, som Colin beskriver som en type "sløringsfunktion". "Dette er så meget desto vigtigere, når scattererne, der producerer signalet, er i bevægelse, som det er tilfældet med røde blodlegemer, som denne teknik er udviklet til," forklarer hun.

Colin og kolleger har nu forbedret LSOCI til at observere små blodkar i hjertet. Den nye metode, som de beskriver i Journal of Biomedical Optics, er i stand til at analysere blodgennemstrømningen i organet ved hjælp af et specifikt polarimetrisk filter, der favoriserer interaktionerne mellem lysbølger, der har gennemgået mere multiple spredning. Disse interaktioner forekommer generelt i dybden i blodkarrene, hvilket betyder, at overfladelysspredning undertrykkes. De plettede mønstre, der produceres, er derfor hovedsageligt produceret ved multipel spredning af bevægelige røde blodlegemer inde i karrene.

I tilfælde af et organ, der bevæger sig periodisk, ligesom hjertet, skal forskere være i stand til at beregne sløringsfunktionen, uden at den bliver påvirket af organets samlede bevægelse. For at gøre dette udviklede Colin og kolleger en algoritme, der gjorde det muligt for dem at vælge de billeder, der har mindst bevægelse mellem dem, langs forskellige perioder med hjerteslag.

"Det er vigtigt at forstå, at de resulterende billeder ikke indeholder den samme information som et radiometrisk billede, for eksempel," siger hun Fysik verden. "Billederne, der produceres, er levende billeder af røde blodlegemer, og når hjertet er tvunget til at stoppe med at slå, er ingen kar synlige på billedet."

Værdifuld information til læger

De opnåede billeder repræsenterer hjertets vaskulatur på forskellige tidspunkter, og ved at analysere en sekvens af disse billeder kan teknikken bruges til at visualisere vaskulatur så små som 100 µm i løbet af få sekunder. Det kunne således bruges til at identificere myokardieperfusionsabnormiteter, der indikerer underliggende hjertesygdomme, siger forskerne.

"Denne information er værdifuld for læger, så de kan vurdere kvaliteten af ​​et organ, der skal transplanteres," siger Colin. "Sådan information er vigtig, da den giver os mulighed for at overveje at bruge transplantater med mindre strenge aldersgrænser, for vi har nu en post-evalueringsmetode til at vurdere sundhedstilstanden for disse donororganer. En indirekte konsekvens af dette er, at det øger antallet af transplantationsmuligheder.”

Colin og kolleger er nu i gang med at indgive patent på en metode til tidskalibrering baseret på deres teknik, men siger, at de stadig mangler at validere konceptet specifikt for deres billedforbedringsmetode. "Når dette er gjort, vil vi være i stand til at sikre, at lægerne har adgang til et billede med et kvantificeret medicinsk indeks, hvilket betyder, at værdierne er sammenlignelige over tid fra et system til et andet," siger Colin. "Vi vil også gerne fortsætte vores forskning i polariseringsoptimering. Dette ville give os mulighed for at opnå den bedste kontrast og bevæge os hen imod at opnå tredimensionel information."

Tidsstempel:

Mere fra Fysik verden